Nuova fisica leggera ed elettrodinamica modificata: assioni, scalari e fotoni oscuri negli esperimenti light-shining-through-wall

Questa tesi studia come la presenza di nuove particelle leggere, previste in molte estensioni del Modello Standard, possa modificare la propagazione della luce nel vuoto. In particolare si considereranno assioni, particelle scalari leggere e fotoni oscuri, che possono accoppiarsi ai fotoni e produrre piccoli effetti osservabili in esperimenti ottici di precisione. L’applicazione principale sarà agli esperimenti di tipo light-shining-through-wall, nei quali un fascio laser può trasformarsi in una nuova particella debolmente interagente, attraversare una parete opaca e riconvertirsi in luce dall’altro lato. La tesi descriverà il principio fisico di questi esperimenti, con particolare attenzione ad ALPS II, esperimento in corso presso il laboratorio DESY in Germania e attualmente uno dei più sensibili in questo ambito. L’obiettivo è fornire una trattazione introduttiva ma quantitativa del fenomeno, discutendo i risultati sperimentali recenti e le prospettive future nella ricerca di nuova fisica leggera.